CN114755842B - 一种基于重构光场的裸眼3d显示装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重构光场的裸眼3D显示装置及方法。每个像素对应有一个透镜，每个像素中所有发光器件发出的光线经过该透镜发散出去，且由于像素中各发光器件的位置不同，则各发光器件从不同方向发射光线射向透镜、每个像素发出的光线经过透镜后，该像素发出的光线可以是向不同方向，重构了光场，显示的图像不是基于眼睛视差产生的，因此，观众从显示装置前的上下左右任意一处均能接收到方向与强度不同光线，从而实现多个观众在不同位置观看3D图像，观众有更大的视野范围，提高了裸眼3D显示装置的应用范围。

Description

一种基于重构光场的裸眼3D显示装置及方法

技术领域

本发明涉及3D显示技术领域，尤其涉及的是一种基于重构光场的裸眼3D显示装置及方法。

背景技术

现有的3D显示方式应用最广泛的是让观察者穿戴上特定的设备(例如3D眼镜、VR眼镜)产生3D的感觉。裸眼3D显示方式主要是不佩戴任何设备依靠显示器前的光栅、柱状透镜加上追踪人眼的方式让观察者观察3D图像。一方面，只能有一个人在一个特性的角度观看；另一方面，需要观察者的眼睛间距与理想值保持一致，对追踪的速度和鲁棒性要求较高，从而导致应用范围较小。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于重构光场的裸眼3D显示装置及方法，旨在解决现有技术中裸眼3D显示的应用范围较小的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于重构光场的裸眼3D显示装置，其中，包括：

显示面板，包括若干个像素，每个所述像素包括多个发光器件；

透镜阵列，包括若干个透镜，所述透镜与所述像素一一对应设置；

其中，所述透镜位于所述发光器件的出光方向上；

每个所述像素中各发光器件射出的光线从不同方向射向所述透镜的中心。

所述的基于重构光场的裸眼3D显示装置，其中，每个所述发光器件发出至少三种颜色的光；和/或

所述像素中所有发光器件呈阵列分布。

所述的基于重构光场的裸眼3D显示装置，其中，所述发光器件为LED器件或LCD器件；和/或

所述透镜为树脂透镜、玻璃透镜或PMMA透镜；和/或

所述基于重构光场的裸眼3D显示装置还包括：

主控设备，与所述显示面板连接。

所述的基于重构光场的裸眼3D显示装置，其中，所述LED器件为OLED器件或QLED器件；和/或

所述LED器件为Micro LED器件或Mini LED器件；和/或

所述主控设备包括：

集成电路芯片，与所述显示面板连接。

一种基于重构光场的裸眼3D显示方法，采用如上所述的基于重构光场的裸眼3D显示装置进行显示，其中，所述方法包括步骤：

获取待显示的三维图像信息和所述裸眼3D显示装置的各像素的位置信息；

根据所述裸眼3D显示装置的各像素的位置信息和所述三维图像信息，确定所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，其中，所述二维图像信息包括：方向信息以及所述方向信息对应的显示像素信息；

根据所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，控制各像素的发光器件发出光线进行显示。

所述的基于重构光场的裸眼3D显示方法，其中，所述三维图像信息包括：各像素点的原始像素信息以及原始位置信息；

所述根据所述裸眼3D显示装置的各像素的位置信息和所述三维图像信息，确定所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，包括：

针对所述三维图像信息的每个像素点，根据该像素点的原始位置信息确定该像素点对应的目标像素；其中，所述目标像素为所述裸眼3D显示装置中的像素，所述目标像素的数量大于预设阈值，且小于或等于所述裸眼3D显示装置中的像素总数；

根据该像素点的原始位置信息和每个目标像素的位置信息，确定各目标像素的方向信息；

将该像素点的原始像素信息作为各目标像素的方向信息对应的显示像素信息；其中，所述原始像素信息包括颜色信息和强度信息；

根据各像素的方向信息和显示像素信息，得到各像素的二维图像信息。

所述的基于重构光场的裸眼3D显示方法，其中，所述根据所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，控制各像素的发光器件发出光线进行显示，包括：

针对所述裸眼3D显示装置的每一个像素的方向信息，确定各方向信息各自分别对应的目标发光器件；所述目标发光器件为该像素中多个发光器件中的一个；

确定各发光器件对应的显示像素信息；

根据各发光器件对应的显示像素信息，控制各目标发光器件发出光线进行显示。

所述的基于重构光场的裸眼3D显示方法，其中，所述发光器件与所述透镜的中心的连线方向为所述发光器件的发光方向，所述目标发光器件为发光方向与所述方向信息的方向之间夹角最小的发光器件；

所述确定各目标发光器件对应的显示像素信息，包括：

针对所述目标发光器件对应的所有方向信息，根据所有方向信息对应的显示像素信息，得到所述目标发光器件对应的显示像素信息。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

有益效果：每个像素对应有一个透镜，每个像素中所有发光器件发出的光线经过该透镜发散出去，且由于像素中各发光器件的位置不同，则各发光器件从不同方向发射光线射向透镜、每个像素发出的光线经过透镜后，该像素发出的光线可以是向不同方向，重构了光场，显示的图像不是基于眼睛视差产生的，因此，观众从显示装置前的上下左右任意一处均能接收到方向与强度不同的光线，从而实现多个观众在不同位置观看3D图像，观众有更大的视野范围，提高了裸眼3D显示装置的应用范围。

附图说明

图1是本发明实施例中基于重构光场的裸眼3D显示装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中基于重构光场的裸眼3D显示装置的原理图。

图3是本发明实施例中基于重构光场的裸眼3D显示方法的流程图。

附图标记说明：

10、显示面板；11、像素；111、发光器件；20、透镜阵列；21、透镜；30、主控设备。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1-图3，本发明提供了一种基于重构光场的裸眼3D显示装置的一些实施例。

如图1-图2所示，本发明的基于重构光场的裸眼3D显示装置，包括：

显示面板10，包括若干个像素11，每个所述像素11包括多个发光器件111；

透镜阵列20，包括若干个透镜21，所述透镜21与所述像素11一一对应设置；

其中，所述透镜21位于所述发光器件111的出光方向上；

每个所述像素11中各发光器件111射出的光线从不同方向射向所述透镜21的中心。

值得说明的是，发光器件111是指发出光线的器件，发光器件111发出的光线可以是白光，也可以是不同颜色或不同强度的光。透镜21是指表面为球面的一部分的透光元件，通过透镜21可以汇聚或发散光线，发光器件111发出的光线经过透镜21向外发散出去。每个像素11对应有一个透镜21，每个像素11中所有发光器件111发出的光线经过该透镜21发散出去，且由于像素11中各发光器件111的位置不同，则各发光器件111从不同方向发射光线射向透镜21、每个像素11发出的光线经过透镜21后，该像素11发出的光线可以是向不同方向，重构了光场，显示的图像不是基于眼睛视差产生的，因此，观众从显示装置前的上下左右任意一处均能接收到方向与强度不同光线，从而实现多个观众在不同位置观看3D图像，观众有更大的视野范围，提高了裸眼3D显示装置的应用范围。

此外，由于本申请中重构了光场，观众不需要佩戴3D眼镜或VR眼镜，仅凭裸眼就可以观察到3D图像。也不需要任何追踪设备，以追踪观众的位置。

具体地，每个像素11中发光器件111有多个，例如，有4个，9个，16个或25个。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1-图2所示，所述像素11中所有发光器件111呈阵列分布。

具体地，像素11中多个发光器件111呈阵列分布，多个发光器件111呈矩阵分布，则发光器件111的数量为n²个，其中，n为正整数。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，每个所述发光器件111发出至少三种颜色的光。

具体地，发光器件111发出的光的颜色有三种，例如，红光、绿光以及蓝光，采用三原色可以形成不同可见光颜色。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，所述发光器件111为LED器件或LCD器件。

具体地，LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)器件具有节能、环保、寿命长、体积小等特点。LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)器件具有图像清晰精确、平面显示、厚度薄、重量轻、无辐射、低能耗、工作电压低等优点。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，所述LED器件为OLED器件或QLED器件。

具体地，OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)器件具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。QLED(Quantum DotLight Emitting Diodes，量子点发光二极管)器件具有更佳的背光利用率及显示色域空间。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，所述LED器件为Micro LED器件或MiniLED器件。

具体地，Micro LED器件是指使用尺寸为1～60μm的LED发光器件，Mini LED器件是指使用尺寸为60～200μm的LED发光器件。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，所述透镜21为树脂透镜、玻璃透镜或PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)透镜。

具体地，所述透镜21可以采用液晶透镜，还可以采用树脂透镜。采用树脂透镜时，裸眼3D显示装置的重量较小，且树脂透镜相比液晶而言更加稳定，不需要特殊设备来冷却。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，所述基于重构光场的裸眼3D显示装置还包括：

主控设备30，与所述显示面板10连接。

通过主控设备30控制显示面板10中各发光器件111发出光线。

在本发明实施例的一个较佳实现方式中，所述主控设备30包括：

集成电路芯片，与所述显示面板10连接。

具体地，采用集成电路芯片(ASIC芯片)计算信息，效率得到提升。

基于上述任意一实施例的基于重构光场的裸眼3D显示装置，本发明还提供了一种基于重构光场的裸眼3D显示方法的较佳实施例：

如图3所示，本发明实施例的基于重构光场的裸眼3D显示，包括以下步骤：

步骤S100、获取待显示的三维图像信息和所述裸眼3D显示装置的各像素的位置信息。

具体地，根据采集设备或者虚拟引擎生成的三维图像信息。三维图像信息包括各像素点的原始像素信息以及原始位置信息，由于各像素点的原始位置信息并不在一个平面上，从而从这些三维空间上发出的光线呈现出3D图像。

步骤S200、根据所述裸眼3D显示装置的各像素的位置信息和所述三维图像信息，确定所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，其中，所述二维图像信息包括：方向信息以及所述方向信息对应的显示像素信息。

具体地，裸眼3D显示装置可以采用平面显示器，也可以采用曲面显示器，根据裸眼3D显示装置的各像素的位置信息与三维图像信息，确定裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，需要说明的是这里的二维图像信息是相对于三维图像信息所形成的立体图像来说的，二维图像信息的排列方式与裸眼3D显示装置的形状匹配，也就是说，裸眼3D显示装置采用平面显示器时，二维图像信息排列可形成平面状，裸眼3D显示装置采用曲面显示器时，二维图像信息排列可形成曲面状。

方向信息是指裸眼3D显示装置的像素发出光线的方向的信息，为了使裸眼3D显示装置显示出三维图像，裸眼3D显示装置的各像素发出的光线的方向不相同，人眼接收到裸眼3D显示装置的各像素发出的光线后，大脑会认为看到的是三维图像。显示像素信息是指裸眼3D显示装置的像素发出光线的光学性质的信息，例如，显示像素信息包括颜色信息和强度信息。通过显示像素信息形成不同的图像，显示出需要显示的物体。

步骤S200具体包括：

步骤S210、针对所述三维图像信息的每个像素点，根据该像素点的原始位置信息确定该像素点对应的目标像素；其中，所述目标像素为所述裸眼3D显示装置中的像素，所述目标像素的数量大于预设阈值，且小于或等于所述裸眼3D显示装置中的像素总数。

具体地，在二维图像的显示时，二维图像信息的每个像素点对应于显示装置的某一个像素或某一区域的像素，通过该像素或该区域的像素发出光线以显示出二维图像。在三维图像的显示时，三维图像信息的每个像素点对应于裸眼3D显示装置的一部分或全部的目标像素，通过该一部分或全部的目标像素发出光线以显示出三维图像。

举例说明，如图2所示，三维图像信息的每个像素点对应有裸眼3D显示装置中的一部分或全部像素，三维图像信息的每个像素点通过裸眼3D显示装置上的全部像素来显示，且全部像素发出的光线的光学性质相同或相似(即显示像素信息相同或相似)，但方向不同，左眼和右眼分别观察到这些像素，由于这些目标像素发出的光线的光学性质相同或相似，且距离较近，人脑会认为这些目标像素为同一像素(该同一像素实质上是虚拟的)，且该同一像素的位置位于裸眼3D显示装置后的某一位置上，从该位置上发出光线。由于三维图像信息的每个像素点对应的各目标像素的位置不同，同一像素的位置也就不同，则可以形成三维图像。例如，三维图像信息的每个像素点对应的两个目标像素的位置越近，则同一像素越靠近裸眼3D显示装置，三维图像信息的每个像素点对应的两个目标像素的位置越远，则同一像素越远离裸眼3D显示装置。

目标像素的数量与三维图像的观看范围有关，目标像素越多，则在裸眼3D显示装置前较大范围上可以看到三维图像，目标像素越少，则在裸眼3D显示装置前较小范围上看到三维图像。可以根据需要设置预设阈值，例如，可以将裸眼3D显示装置的所有像素作为目标像素，则可以尽可能扩大三维图像的观看范围。

步骤S220、根据该像素点的原始位置信息和每个目标像素的位置信息，确定各目标像素的方向信息。

具体地，根据三维图像信息的像素点的原始位置信息与目标像素的位置信息，确定目标像素的方向信息，三维图像信息的像素点的原始位置信息在裸眼3D显示装置上的投影与目标像素的位置信息之间的间距越大，则目标像素的方向与裸眼3D显示装置之间的夹角越小，三维图像信息的像素点的原始位置信息在裸眼3D显示装置上的投影与目标像素的位置信息之间的间距越小，则目标像素的方向与裸眼3D显示装置之间的夹角越大。目标像素的方向与裸眼3D显示装置之间的夹角为0～90°。

步骤S230、将该像素点的原始像素信息作为各目标像素的方向信息对应的显示像素信息；其中，所述原始像素信息包括颜色信息和强度信息。

具体地，对于三维图像信息的某一像素点来说，该像素点对应的各目标像素的方向信息不同，但是各目标像素的显示像素信息是相同的，均与三维图像信息的像素点的原始像素信息相同，也就是说，不同观众从不同位置观看目标像素点时，大脑都会认为是同一像素发出的光线，且该同一像素发出的光线的光学性质相同。

步骤S240、根据各像素的方向信息和显示像素信息，得到各像素的二维图像信息。

具体地，裸眼3D显示装置中的像素可以作为三维图像信息的多个像素点对应的目标像素，裸眼3D显示装置中的像素作为三维图像信息的不同像素点的目标像素时，该像素的方向信息不相同，三维图像信息的两个不同像素点在裸眼3D显示装置上投影的距离越大，则该像素的两个方向信息相差越大，三维图像信息的两个不同像素点在裸眼3D显示装置上投影的距离越小，则该像素的两个方向信息相差越小。裸眼3D显示装置中的像素的每个方向信息存在对应的显示像素信息，根据像素的所有方向信息，以及各方向信息各自分别对应的显示像素信息，形成该像素对应的二维图像信息。

步骤S300、根据所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，控制各像素的发光器件发出光线进行显示。

具体地，得到裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，控制裸眼3D显示装置的各像素的发光器件发出光线进行显示。具体地，先根据裸眼3D显示装置的各像素的方向信息，确定该方向信息对应的目标发光器件，然后根据发光器件所对应的各方向信息的显示像素信息，确定发光器件对应的显示像素信息，然后根据发光器件对应的显示像素信息，控制发光器件发出光线进行显示。

步骤S300具体包括：

步骤S310、针对所述裸眼3D显示装置的每一个像素的方向信息，确定各方向信息各自分别对应的目标发光器件；所述目标发光器件为该像素中多个发光器件中的一个。

具体地，裸眼3D显示装置的像素的方向信息可能有0个，1个或多个，每个方向信息存在对应的目标发光器件，通常每个方向信息仅存在一个目标发光器件。

所述发光器件与所述透镜的中心的连线方向为所述发光器件的发光方向，即以每个发光器件与透镜的中线的连线方向作为该发光器件的发光方向，像素中发光器件的数量与像素中发光器件的发光方向的数量相同，所述目标发光器件为发光方向与所述方向信息的方向之间夹角最小的发光器件，从像素中多个发光方向中，确定与方向信息的方向之间的夹角最小的发光方向，则将该发光器件作为目标发光器件。

步骤S320、确定各发光器件对应的显示像素信息。

步骤S320具体包括：

步骤S321、针对所述发光器件对应的所有方向信息，根据所有方向信息对应的显示像素信息，得到所述发光器件对应的显示像素信息。

具体地，对于裸眼3D显示装置的一个像素来说，方向信息不同，对应的发光器件也可能不同，裸眼3D显示装置的发光器件可能不存在对应的方向信息(则控制该发光器件不发出光线)，也可能存在1个方向信息(则将该方向信息对应的显示像素信息作为发光器件对应的显示像素信息)，也可能存在多个方向信息(则根据多个方向信息各自分别对应的显示像素信息，得到发光器件对应的显示像素信息)。

具体地，针对发光器件对应的所有方向信息，可以采用平均值的方式计算，所有方向信息对应的显示像素信息，得到发光器件对应的显示像素信息。例如，颜色信息包括R(红色)值、G(绿色)值以及B(蓝色)值，对所有方向信息对应的R值求平均，得到的平均值作为发光器件对应的显示像素信息中的R值。对所有方向信息对应的G值求平均，得到的平均值作为发光器件对应的显示像素信息中的G值。对所有方向信息对应的B值求平均，得到的平均值作为发光器件对应的显示像素信息中的B值。对所有方向信息对应的强度信息求平均，得到的平均值作为发光器件对应的显示像素信息中的强度信息。

步骤S330、根据各发光器件对应的显示像素信息，控制各发光器件发出光线进行显示。

具体地，在确定各发光器件对应的显示像素信息后，可以控制各发光器件发出光线进行显示，那么人眼观察到的图像为三维图像。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于重构光场的裸眼3D显示方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

获取待显示的三维图像信息和裸眼3D显示装置的各像素的位置信息；

根据所述裸眼3D显示装置的各像素的位置信息和所述三维图像信息，确定所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，其中，所述二维图像信息包括：方向信息以及所述方向信息对应的显示像素信息；根据所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，控制各像素的发光器件发出光线进行显示；

所述三维图像信息包括：各像素点的原始像素信息以及原始位置信息；

所述根据所述裸眼3D显示装置的各像素的位置信息和所述三维图像信息，确定所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，包括：

针对所述三维图像信息的每个像素点，根据该像素点的原始位置信息确定该像素点对应的目标像素；其中，所述目标像素为所述裸眼3D显示装置中的像素，所述目标像素的数量大于预设阈值，且小于或等于所述裸眼3D显示装置中的像素总数；根据该像素点的原始位置信息和每个目标像素的位置信息，确定各目标像素的方向信息；将该像素点的原始像素信息作为各目标像素的方向信息对应的显示像素信息；其中，所述原始像素信息包括颜色信息和强度信息；根据各像素的方向信息和显示像素信息，得到各像素的二维图像信息；

二维图像信息的排列方式与所述裸眼3D显示装置的形状匹配；

其中，所述裸眼3D显示装置包括：

显示面板，包括若干个像素，每个所述像素包括多个发光器件；

透镜阵列，包括若干个透镜，所述透镜与所述像素一一对应设置；

主控设备，与所述显示面板连接；

其中，所述透镜位于所述发光器件的出光方向上；

每个所述像素中各发光器件射出的光线从不同方向射向所述透镜的中心；

每个所述发光器件发出至少三种颜色的光；

所述像素中所有发光器件呈阵列分布；

所述主控设备包括集成电路芯片，与所述显示面板连接；

所述裸眼3D显示装置可采用平面显示器或曲面显示器。

2.根据权利要求1所述的基于重构光场的裸眼3D显示方法，其特征在于，所述发光器件为LED器件或LCD器件；和/或

所述透镜为树脂透镜、玻璃透镜或PMMA透镜。

3.根据权利要求2所述的基于重构光场的裸眼3D显示方法，其特征在于，所述LED器件为OLED器件或QLED器件；

或者，所述LED器件为MicroLED器件或MiniLED器件。

4.根据权利要求1所述的基于重构光场的裸眼3D显示方法，其特征在于，所述根据所述裸眼3D显示装置的各像素的二维图像信息，控制各像素的发光器件发出光线进行显示，包括：

针对所述裸眼3D显示装置的每一个像素的方向信息，确定各方向信息各自分别对应的目标发光器件；所述目标发光器件为该像素中多个发光器件中的一个；

确定各发光器件对应的显示像素信息；根据各发光器件对应的显示像素信息，控制各目标发光器件发出光线进行显示。

5.根据权利要求4所述的基于重构光场的裸眼3D显示方法，其特征在于，所述发光器件与所述透镜的中心的连线方向为所述发光器件的发光方向，所述目标发光器件为发光方向与所述方向信息的方向之间夹角最小的发光器件；所述确定各发光器件对应的显示像素信息，包括：

针对所述目标发光器件对应的所有方向信息，根据所有方向信息对应的显示像素信息，得到所述目标发光器件对应的显示像素信息。

6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。